（江蘇專版）2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第12講 實(shí)驗(yàn)三 加速度與物體質(zhì)量 物體受力的關(guān)系講義

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1、（江蘇專版）2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第12講 實(shí)驗(yàn)三 加速度與物體質(zhì)量 物體受力的關(guān)系講義 考情剖析 考查內(nèi)容 考綱要求 考查年份 考查詳情 能力要求 實(shí)驗(yàn)、探究： 加速度與物體質(zhì)量、 物體受力的關(guān)系 Ⅱ 16年 T11—實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證機(jī)械能守恒 理解、應(yīng)用數(shù)學(xué) 處理物理問題 17年 T10—實(shí)驗(yàn)，用探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系裝置，探究恒力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)探究 弱項(xiàng)清單,實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法的遷移 實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)備一、實(shí)驗(yàn)原理 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．

2、保持質(zhì)量不變，探究加速度與____________的關(guān)系． 2．保持合外力不變，探究加速度與____________的關(guān)系． 3．作出a-F圖象和a-圖象，確定其關(guān)系． 4．實(shí)驗(yàn)裝置圖 5．要測(cè)量的物理量 小車與小車上砝碼的總質(zhì)量M——天平 小車受的拉力F——用天平測(cè)出小盤和砝碼的質(zhì)量m，F(xiàn)≈mg算出 小車的加速度a——通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶測(cè)算出． 二、實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶及復(fù)寫紙、小車、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小盤和砝碼、細(xì)繩、低壓交流電源、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺． 三、實(shí)驗(yàn)步驟 1．用天平測(cè)出小車和小盤(包括其中砝碼)的質(zhì)量分別為M0、m0，并把數(shù)

3、值記錄下來． 2．將實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車上不系繩)． 3．把木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，平衡摩擦力． 4．將重物通過細(xì)繩系在小車上，接通電源放開小車，用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況；取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及此時(shí)所掛重物的重力m0g. 5．保持小車的質(zhì)量不變，改變小盤(包括其中砝碼)的質(zhì)量，重復(fù)步驟4多做幾次實(shí)驗(yàn)，每次小車從同一位置釋放，并記錄好相應(yīng)紙帶重物的重力m1g、m2g… 表1　M不變，加速度a與受力的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)次數(shù)n 小車受力F/N 加速度a/(m·s－2) 1 2 3 … 　　6.保持小車所受的合外力不變，在小車上加砝碼，并

4、測(cè)出小車和放上砝碼后的總質(zhì)量M1，接通電源放開小車，用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況，取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼． 7．繼續(xù)在小車上加放砝碼，重復(fù)步驟6，多做幾次實(shí)驗(yàn)，在每次得到的紙帶上標(biāo)上號(hào)碼． 表2　F不變，加速度與質(zhì)量的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)次數(shù)n 小車質(zhì)量M/kg 加速度a/(m·s－2) 1 2 3 … 　　8.利用以上兩表中的數(shù)據(jù)，分別在坐標(biāo)系中作出M不變時(shí)，a-F圖象和F不變時(shí)，a-M圖象． 四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法——圖象法、化曲為直的方法 1．探究加速度與力的關(guān)系 以加速度a為縱坐標(biāo)，以F為橫坐標(biāo)，根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)描點(diǎn)，然后作出圖象，看圖象是

5、否是通過原點(diǎn)的直線，就能判斷a與F是否成正比． 2．探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系 以a為縱坐標(biāo)、m為橫坐標(biāo)，根據(jù)各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，將會(huì)得到如圖甲所示的一條曲線．由圖線只能看出m增大時(shí)a減小，但a與m具體是什么關(guān)系，不能得出．若以a為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，將會(huì)得到如圖乙所示的一條過原點(diǎn)的傾斜直線，據(jù)此可判斷a與m成反比． 甲 　　乙 3．方法總結(jié) 利用圖象處理數(shù)據(jù)是物理實(shí)驗(yàn)中常用的重要方法．在實(shí)驗(yàn)中如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)變量x與另一個(gè)變量y成反比，那么，x就應(yīng)與成正比．因?yàn)樵谔幚頂?shù)據(jù)時(shí)，判斷正比例函數(shù)圖象比判斷一條曲線是否為反比例函數(shù)圖象要簡(jiǎn)單和直觀得多，所以可以將反比例函數(shù)的曲線轉(zhuǎn)化為正

6、比例函數(shù)的直線進(jìn)行處理． 五、分析、歸納、探究結(jié)論 1．你在圖(a)中畫出的a-F圖象是通過原點(diǎn)的直線嗎？說明a與F成什么關(guān)系？ 　(a)　　　　　　 　(b)　　　　　 　　(c) 2．你在圖(b)中畫出的a-M圖象是直線嗎？你能從(b)圖中得出a與質(zhì)量M的定量關(guān)系嗎？ 3．你在圖(c)中畫出的a-圖象是過原點(diǎn)的直線嗎？你能由圖象得出a與M的關(guān)系嗎？ 4．在誤差允許的范圍內(nèi)得出的結(jié)論是：當(dāng)M不變時(shí)，a與F成正比關(guān)系；當(dāng)F不變時(shí)，a與M成反比關(guān)系． 六、實(shí)驗(yàn)誤差來源與分析 1．因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起的誤差．本實(shí)驗(yàn)用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實(shí)際小車所受的拉力要_

7、_______小盤和砝碼的總重力．小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近小車和砝碼的總質(zhì)量，誤差越大． 2．摩擦力平衡不準(zhǔn)；質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)；記數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)；紙帶拉線不嚴(yán)格與木板平行． 七、注意事項(xiàng) 1．平衡摩擦力時(shí)不要掛重物，整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力． 2．實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量．只有如此，砝碼和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等． 3．各紙帶上的加速度a，都應(yīng)是該紙帶上的平均加速度． 4．作圖象時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在所作直線的兩側(cè)．離直

8、線較遠(yuǎn)的點(diǎn)是錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮． 5．小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且先接通電源再釋放紙帶．技能優(yōu)化　　【典型例題1】　如圖甲所示是某同學(xué)設(shè)計(jì)的“探究加速度a與力F、質(zhì)量m的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置圖，實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對(duì)小車?yán)等于砂和砂桶總重力，小車運(yùn)動(dòng)加速度a可由紙帶求得． 甲 (1)該同學(xué)對(duì)于該實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)，下列說法中正確的是(　　) A．該實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了等效替代的思想方法 B．該實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了控制變量的思想方法 C．實(shí)驗(yàn)時(shí)必須先接通電源后釋放小車 D．實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對(duì)小車?yán)等于砂和砂桶總重力，其前提必須保證砂和砂桶總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小車的質(zhì)量 (2)如圖乙所示是該同學(xué)在某

9、次實(shí)驗(yàn)中利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條紙帶，A、B、C、D、E、F是該同學(xué)在紙帶上選取的六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，其中計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有若干個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出，設(shè)相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T.該同學(xué)用刻度尺測(cè)出AC間的距離為s1，BD間的距離為s2，則打B點(diǎn)時(shí)小車運(yùn)動(dòng)的速度vB＝__________，小車運(yùn)動(dòng)的加速度a＝__________． 乙 (3)某實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)時(shí)保持砂和砂桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)如表中所示．根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖丙坐標(biāo)紙中作出F不變時(shí)a與的圖象. 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 小車加速度 a/m·s－2 1.

10、72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 小車質(zhì)量m/kg 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 小車質(zhì)量的倒數(shù) /kg－1 3.50 3.00 2.50 2.00 1.40 1.00 丙 【典型例題2】　某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系．彈簧測(cè)力計(jì)固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細(xì)繩的兩端分別與彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤和礦泉水瓶連接，在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ，并測(cè)出間距d.開始時(shí)將木板置于MN處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運(yùn)

11、動(dòng)為止，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F0，以此表示滑動(dòng)摩擦力的大小．再將木板放回原處并按住，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1，然后釋放木板，并用停表記下木板運(yùn)動(dòng)到PQ處的時(shí)間t. (1)木板的加速度可以用d、t表示為a＝________；為了減小測(cè)量加速度的偶然誤差可以采用的方法是(一種即可)________________________________________________________________________． (2)改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定加速度a與彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F1的關(guān)系．下列圖象能表示該同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的是______． A　　　　　　B

12、　　　　　　C　　　　　D (3)用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相同，它的優(yōu)點(diǎn)是________． A．可以改變滑動(dòng)摩擦力的大小 B．可以更方便地獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) C．可以比較精確地測(cè)出摩擦力的大小 D．可以獲得更大的加速度以提高實(shí)驗(yàn)精度 【典型例題3】　某物理課外小組利用圖(a)中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系．圖中，置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的長(zhǎng)木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼．本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N＝5個(gè)，每個(gè)質(zhì)量均為0.010 kg.實(shí)驗(yàn)步驟如下： (a) (1)將5個(gè)鉤碼

13、全部放入小車中，在長(zhǎng)木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑． (2)將n(依次取n＝1，2，3，4，5)個(gè)鉤碼掛在輕繩右端，其余N－n個(gè)鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行．釋放小車，同時(shí)用傳感器記錄小車在時(shí)刻t相對(duì)于其起始位置的位移s，繪制s-t圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a. (3)對(duì)應(yīng)于不同的n的a值見下表．n＝2時(shí)的s-t圖象如圖(b)所示；由圖(b)求出此時(shí)小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表. n 1 2 3 4 5 a/(m·s－2) 0.20 0.58 0.78 1.00 　　(4)利

14、用表中的數(shù)據(jù)在圖(c)中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出a-n圖象．從圖象可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度與其所受的合外力成正比． (b) (c) (5)利用a-n圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為________kg(保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g＝9.8 m·s－2)． (6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是______(填入正確選項(xiàng)前的標(biāo)號(hào))． A．a(chǎn)-n圖線不再是直線 B．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線不過原點(diǎn) C．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大 當(dāng)堂檢測(cè)　　1.某實(shí)驗(yàn)小組利用圖甲所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系． 　　　　　

15、　　　　　　　　　　　　　　 甲 (1)下列做法正確的是______．(填字母代號(hào)) A．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長(zhǎng)木板保持平行 B．在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動(dòng)摩擦力時(shí)，將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上 C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開木塊再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 D．通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時(shí)，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度 (2)為使砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力，應(yīng)滿足的條件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量____________木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量．(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“近似等于”) (3)甲、乙兩同學(xué)在

16、同一實(shí)驗(yàn)室，各取一套圖甲所示的裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼，在沒有平衡摩擦力的情況下，研究加速度a與拉力F的關(guān)系，分別得到圖乙中甲、乙兩條直線．設(shè)甲、乙用的木塊質(zhì)量分別為m甲、m乙，甲、乙用的木塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為μ甲、μ乙，由圖可知，m甲______m乙，μ甲______μ乙．(選填“大于”、“小于”或“等于”) 乙 第1題圖 2．用如圖甲所示裝置做“探究物體的加速度跟力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)時(shí)保持小車的質(zhì)量不變，用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車后端拖動(dòng)的紙帶測(cè)出小車運(yùn)動(dòng)的加速度． (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)先不掛鉤碼，反復(fù)調(diào)整墊塊的左右位置，直到小車做

17、勻速直線運(yùn)動(dòng)，這樣做的目的是______________________________________________________________． (2)圖乙為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點(diǎn)跡起，在紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有4個(gè)點(diǎn)跡沒有標(biāo)出，測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)之間的距離，如圖所示．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50 Hz的交流電源兩端，則此次實(shí)驗(yàn)中小車運(yùn)動(dòng)的加速度的測(cè)量值a＝________m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (3)實(shí)驗(yàn)時(shí)改變所掛鉤碼的質(zhì)量，分別測(cè)量小車在不同外力作用下的加速度．根據(jù)測(cè)得的多組數(shù)據(jù)畫出a-F關(guān)系

18、圖象，如圖丙所示．此圖象的AB段明顯偏離直線，造成此現(xiàn)象的主要原因可能是______．(選填下列選項(xiàng)的序號(hào)) 第2題圖 A．小車與平面軌道之間存在摩擦 B．平面軌道傾斜角度過大 C．所掛鉤碼的總質(zhì)量過大 D．所用小車的質(zhì)量過大 第12講　實(shí)驗(yàn)三：加速度與 物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)備 一、1.合外力　2.質(zhì)量 六、1.小于 技能優(yōu)化 ·典型例題1·(1)BC　(2)　　(3)見解析 【解析】　(1)該實(shí)驗(yàn)用的是控制變量法，故A錯(cuò)，B對(duì)；先開通電源才能確定起始點(diǎn)，故C對(duì)；若認(rèn)為拉力F為小桶和沙的重量，則要求小桶和沙的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車

19、，D錯(cuò)；故選BC；(2)由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可知：vB＝，由a＝得出a＝；(3)由F＝ma可推出a＝＝F×，所以當(dāng)F不變時(shí)，a與成正比例函數(shù)，如圖所示． ·典型例題2·(1)　保持F1不變，重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次測(cè)量，求平均值　(2)C　(3)BC 【解析】　(1)由d＝at2可得a＝.減小偶然誤差的主要方法是多次測(cè)量，求平均值． (2)由題意可知，F(xiàn)1是水瓶的重力，設(shè)繩中拉力為FT，對(duì)木板，a＝，在M板?m水時(shí)FT≈F1，a＝，排除A、B選項(xiàng)；逐漸增加水的質(zhì)量，將不再滿足FT≈F1，而是FT＜F1，將導(dǎo)致小車加速度實(shí)際值較理論值偏小，故選項(xiàng)C正確． (3)改變質(zhì)量且可以連續(xù)改變． ·典型例題3·

20、(3)0.39　(4)見解析 (5)0.44　(6)BC　【解析】　(3)根據(jù)題圖(b)可知，當(dāng)t＝2.00 s時(shí)，位移s＝0.78 m，由s＝at2，得加速度a＝＝0.39 m/s2. (4)描點(diǎn)及圖象如圖所示． (5)根據(jù)牛頓第二定律可得nmg＝(M＋5m)a，則a＝n，圖線斜率k＝＝，可得M＝0.44 kg； (6)若不平衡摩擦力，則有nmg－μ[M＋(5－n)m]g＝(M＋5m)a，則a＝n－，所以a-n圖線仍是直線，但直線不過原點(diǎn)，斜率變大，故B、C正確． 當(dāng)堂檢測(cè) 1．(1)AD　(2)遠(yuǎn)小于　(3)小于　大于　【解析】　(1)在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，

21、平衡摩擦力時(shí)木板不通過定滑輪掛砝碼桶，而要掛紙帶，并且改變質(zhì)量時(shí)不需要重新平衡摩擦力；在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源再放開木塊，故選項(xiàng)A、D均正確，B、C均錯(cuò)誤． (2)選木塊(M)、砝碼桶及桶內(nèi)的砝碼(m)為研究對(duì)象， 則mg＝(M＋m)a?、? 選砝碼桶及桶內(nèi)的砝碼為研究對(duì)象 則mg－FT＝ma　② 聯(lián)立①②得：FT＝mg－ 要使FT＝mg 需要接近于0即M?m. (3)對(duì)木塊由牛頓第二定律得： F－μmg＝ma 即a＝F－μg. 由上式與題圖結(jié)合可知：＞，μ甲g＞μ乙g. 即：m甲＜m乙，μ甲＞μ乙． 2. (1)平衡小車運(yùn)動(dòng)中所受的摩擦阻力　　(2)1.0　(3)C 【解析】　(1)使平面軌道的右端墊起，讓小車重力沿斜面方向的分力與它受到的摩擦阻力平衡，才能認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中小車所受的合外力等于鉤碼的重力，所以這樣做的目的是平衡小車運(yùn)動(dòng)中所受的摩擦阻力． (2)由逐差法可知a＝ ＝ m/s2≈1.0 m/s2. (3)在實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩的張力F等于鉤碼的重力mg 實(shí)際上，細(xì)繩張力F′＝Ma，mg－F′＝ma 即F′＝·mg，a＝·mg＝F 所以當(dāng)細(xì)繩的張力F變大時(shí)，m必定變大，必定減?。?dāng)M?m時(shí)，a-F圖像為直線，當(dāng)不滿足M?m時(shí)，便有a-F圖像的斜率逐漸變小偏離直線，選項(xiàng)C正確．